(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（イ）及び下記（ロ）の２種類の上吹きランスのうちの何れか一方の上吹きランスを使用し、該上吹きランスから酸素ガスを供給して転炉で溶銑を吹錬するに際し、下記（イ）の上吹きランスを用いて吹錬する際には、下記（ロ）の上吹きランスを使用して吹錬したときに転炉内の付着地金が溶解しやすい位置に地金が付着するように、制御用ガス供給孔から供給する制御用ガスの流量を制御して溶銑を吹錬し、この吹錬によって転炉内の付着地金が予め設定していた基準に達したときに、使用する上吹きランスを、下記（イ）の上吹きランスから下記（ロ）の上吹きランスに切り替えて溶銑を吹錬し、転炉内の付着地金が溶解の必要のない状態になった以降、使用する上吹きランスを、下記（ロ）の上吹きランスから下記（イ）の上吹きランスに切り替えて吹錬することを特徴とする転炉操業方法。
（イ）下端部に吹錬用酸素ガスを噴射する吹錬用酸素ガス噴射ノズルが１個以上設けられた上吹きランスであって、前記吹錬用酸素ガス噴射ノズルは、その入口部にスロート部を有するともに、該スロート部の下流側に末広がり部を有し、且つ、前記吹錬用酸素ガス噴射ノズルのうちの少なくとも１個は、前記末広がり部の壁面に少なくとも１個の制御用ガス供給孔を有しており、該制御用ガス供給孔から前記吹錬用酸素ガスとは独立して流量制御の可能な制御用ガスが供給されることにより、前記吹錬用酸素ガス噴射ノズルから噴射される噴流の方向及び／または流速を制御することが可能な上吹きランス。
（ロ）下端部に吹錬用酸素ガスを噴射する吹錬用酸素ガス噴射ノズルが１個以上設けられ、且つ、外周部に前記吹錬用酸素ガスとは独立して流量制御の可能な地金溶解用酸素含有ガス及び／またはパージガスを供給する地金溶解用ガス噴射ノズルが設けられている上吹きランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉内の溶銑に上吹きランスから酸素ガスを吹き付けて、溶銑に対して酸化精錬を行う転炉操業方法に関し、詳しくは、スピッティングなどによる転炉炉口や側壁への地金の付着を抑制し、安定した転炉精錬を行うための操業方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上吹きランスを介して酸素ガスを上吹きする転炉精錬においては、酸素吹錬中に発生するスピッティング及びスロッピングにより飛散した溶銑、溶鋼及びスラグの一部は、転炉の炉口や炉内側壁に地金として付着する。付着した地金は操業を続けるにつれて成長し、その大きさが或る限度以上になると、溶銑及びスクラップの炉内への装入の障害になるばかりでなく、吹錬中に地金が浴内へ落下したり或いは溶融流下したりすることで、浴の成分組成や温度の変動を来たし、操業に大きな支障をもたらす。このような付着地金は適切に除去しないと、その付着地金の下側の耐火物まで損傷する危険性もある。従って、スピッティング及びスロッピングの発生を軽減して、地金の付着・成長が生じにくい操業方法を指向するとともに、一旦付着した地金は操業に支障を来す大きさになる前に除去する必要がある。
【０００３】
スピッティングの発生を軽減するために、従来から上吹きランスの改善が行われており、吹錬用酸素ガス噴射ノズルの多孔化や傾斜角度の増大といった方法が採られている。例えば特許文献１には、吹錬用酸素ガス噴射ノズルとして、傾斜角度の異なる２種類のラバールノズルを円周方向に交互に配置し、それにより、これらの各ノズルから噴射されるガス噴流の重なりを抑制し、スピッティングを低減する技術が開示されている。しかしながら、特許文献１を含めて従来報告されている方法では、特に酸素ガス供給流量（「送酸速度」ともいう）を増加させて吹錬時間の短縮を図ろうとした場合には、スピッティングの発生や地金付着を抑制するには至らず、依然、炉口付着地金の除去作業が必要となっている。
【０００４】
炉口付着地金を除去する方法としては、スクラップシュートを炉口付着地金に衝突させ、物理的に除去するという伝統的な方法がある。しかしながら、この方法は、スクラップシュートを炉口付着地金部に直接ぶつけるので、その衝撃で炉口煉瓦の脱落を起こす危険性がある。
【０００５】
また、特許文献２には、非操業中に専用の地金溶解用上吹きランスを炉口から炉内に挿入し、炉口に付着した地金を溶解・除去する方法が開示されている。しかしながら、この方法は、付着地金の除去には優れるが、転炉の非吹錬時に実施しなければならないので、非製鋼時間の増大を招き、転炉生産性を著しく阻害する。そこで、転炉の生産性を阻害することがないように、吹錬中に炉内で発生する排ガスを二次燃焼させ、その熱で炉口や炉内側壁に付着した地金を溶解除去する方法が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献３には、上吹きランス先端に設けた吹錬用酸素ガス噴射ノズルから吹錬用酸素ガスを溶銑に吹き付けつつ、前記吹錬用酸素ガス噴射ノズルから所定の間隔を隔てた上吹きランスの側面に設置した地金溶解用ガス噴射ノズルから、炉内側壁に向けて酸素ガスを噴射し、炉内付着地金を溶解・除去する方法が開示されている。しかしながら、炉内での二次燃焼を利用する方法は、二次燃焼率を制御することが困難であり、特に付着地金が少なくなった場合には、二次燃焼熱によって耐火物が損傷されやすいという難点がある。尚、本発明においては、吹錬用酸素ガスと同時に、地金溶解用ガスを噴射できる上吹きランスを「吹錬・地金溶解用上吹きランス」と称し、地金溶解用ガスのみを噴射できる上吹きランスを「地金溶解用上吹きランス」と称し、吹錬用酸素ガスのみを供給可能な上吹きランスを「吹錬用上吹きランス」と称する。
【０００７】
更に、特許文献４には、吹錬用酸素ガスのみを供給可能な吹錬用上吹きランスと、吹錬用酸素ガスの供給と同時に、この吹錬用酸素ガスとは独立して流量制御が可能な地金溶解用酸素ガスを供給できる吹錬・地金溶解用上吹きランスとの２種類の上吹きランスを、適宜使い分けることにより、転炉炉口や炉内側壁の耐火物を損傷させることなく、付着地金の形成を抑制する技術が開示されている。しかしながら、この方法では、吹錬・地金溶解用上吹きランス使用時での耐火物の異常損傷のリスクは低減できるものの、付着地金の原因となるスピッティングの発生を低減する対策は採られていないため、比較的短期間で上吹きランスの切り替えをしながら操業することが必要となる。また、吹錬・地金溶解用上吹きランスの外周部に設けた地金溶解用ガス噴射ノズルの位置や噴射角度は、一旦設置したら変更はできないため、地金が付着しやすい位置と、地金を溶解しやすい位置とが一致していない場合には、付着地金の溶解能率が上がらず、吹錬・地金溶解用上吹きランスの連続使用頻度が増加し、結局、耐火物の異常損傷を招くというケースも生じる。
【０００８】
ところで、本発明者等は、特許文献５において、転炉を用いて溶銑の脱炭精錬または溶銑の脱燐精錬を行う際に、吹錬用酸素ガス噴射ノズルの形状、ランス高さ、酸素ガス供給流量を変更することなく、１本の上吹きランスであっても酸素ガス噴流の制御が可能で、それにより、炉内付着地金の溶解、二次燃焼増大による溶鋼着熱、並びに高速吹錬を達成することのできる上吹きランスとして、「入口部にスロート部を有し且つ前記スロート部の下流側に末広がり部を有するガス噴射ノズルを１個以上配置した上吹きランスであって、前記ガス噴射ノズルのうちの少なくとも１個は、当該ノズルの前記末広がり部の壁面に配置された少なくとも１箇所の制御用ガス供給孔を有し、該制御用ガス供給孔から制御用ガスを供給することにより、前記ガス噴射ノズルから噴射される噴流の方向及び／または流速が制御されることを特徴とする上吹きランス」を提案している。特許文献５によれば、制御用ガス供給孔から供給される制御用ガスにより、ガス噴射ノズルから噴射されるガス噴流の方向及び／または流速が制御されるので、このガス噴射ノズルを吹錬用酸素ガス噴射ノズルとして使用することにより、ソフトブロー及びハードブローを任意に調節できるという作用・効果が発現される。但し、特許文献５に開示される上吹きランスのみでは、付着地金を溶解することは困難である。
【特許文献１】特開平６−５７３２０号公報
【特許文献２】特開平４−３５４８１４号公報
【特許文献３】特開平８−１２７８１２号公報
【特許文献４】特開２０００−９６１２２号公報
【特許文献５】特開２００７−７７４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、従来の技術では、上吹きランスや操業方法の改善によって地金付着を完全に防止することは困難であり、一方、付着した地金を除去する技術についても問題が残っている。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、転炉内の溶銑に上吹きランスを介して酸素ガスを上吹きして溶銑の酸化精錬を行うに当たり、転炉炉口の付着地金などに起因したトラブルや、これを防ぐための処置に伴う生産性の低下を回避しつつ、付着地金の形成を高度に抑制し、しかも炉口や炉内側壁の耐火物を損傷させることもない転炉操業方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、上記課題を解決するべく、鋭意研究を重ねた結果、下記の知見を得るに至った。
【００１２】
即ち、転炉の炉口及び内壁での付着地金の溶解に際し、広範囲の付着地金を、下地の耐火物を損傷することなく溶解・除去して、炉口及び炉内側壁のプロフィールを良好に保つためには、吹錬用酸素ガスのみを供給する上吹きランス（吹錬用上吹きランス）と、吹錬用酸素ガスの供給と同時に、この吹錬用酸素ガスとは独立して流量制御が可能な地金溶解用ガスを供給できる上吹きランス（吹錬・地金溶解用上吹きランス）の２種類の上吹きランスを適宜使い分け、しかも、吹錬用上吹きランスを使用した吹錬で地金が付着しやすい位置と、吹錬・地金溶解用上吹きランスを使用した吹錬で地金を溶解しやすい位置とが一致するように、２種類の上吹きランスを構成し、そして組み合わせることが、極めて効果的であることを見出した。
【００１３】
吹錬用酸素ガスによる炉口及び炉内側壁への地金付着量や付着位置は、吹錬用酸素ガス噴射ノズルの傾斜角度に大きく影響される。一般的には、吹錬用酸素ガス噴射ノズルの傾斜角度を小さくする（鉛直下向きに近くする）と、スピッティング粒は鉛直上向きに跳ね上がりやすくなり、炉口近傍の地金付着が増加する。一方、吹錬用酸素ガス噴射ノズルの傾斜角度を大きくする（水平方向に近くする）と、側壁炉腹に近い位置の地金が成長しやすくなる。但し、転炉の使用回数が増加するにつれて炉内耐火物が損耗して、炉内形状が変化するなどの影響により、必ずしも決まった位置の地金が成長するとは限らない。従って、炉内形状の変化などを反映しつつ、操業状況に応じて吹錬用酸素ガス噴射ノズルの傾斜角度を微調整し、地金が付着しやすい位置と溶解しやすい位置とを一致させる技術が必要となる。
【００１４】
前述したように、本発明者等は、特許文献５において、流体素子の応用によりガス噴射ノズルの傾斜角度を実質的に変化させる方法を開示している。即ち、入口部にスロート部を有し、且つ前記スロート部の下流側に末広がり部を有する、所謂ラバールノズル型のガス噴射ノズルにおいて、末広がり部の壁面に制御用ガス供給孔を配置し、この制御用ガス供給孔に供給する制御用ガスの流量を変化させることにより、前記ガス噴射ノズルから噴出される噴流の噴出方向を自在に変更するという技術である。この構成のガス噴射ノズルを、吹錬用酸素ガスのみを供給する吹錬用酸素ガス噴射ノズルに適用し、制御用ガスの流量を調整することによって吹錬用酸素ガス噴射ノズルの傾斜角度を実質的に微調整すれば、地金が付着しやすい位置と溶解しやすい位置とを、一致させることができるとの知見を得た。
【００１５】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、本発明に係る転炉操業方法は、上吹きランスから酸素ガスを供給して転炉で溶銑を吹錬するに際し、前記転炉内に付着した地金の分布状態に応じて、下記（イ）及び（ロ）の２種類の上吹きランスのうちの何れか一方を選定し、選定した上吹きランスを用いて吹錬することを特徴とするものである。
（イ）下端部に吹錬用酸素ガスを噴射する吹錬用酸素ガス噴射ノズルが１個以上設けられた上吹きランスであって、前記吹錬用酸素ガス噴射ノズルは、その入口部にスロート部を有するともに、該スロート部の下流側に末広がり部を有し、且つ、前記吹錬用酸素ガス噴射ノズルのうちの少なくとも１個は、前記末広がり部の壁面に少なくとも１個の制御用ガス供給孔を有しており、該制御用ガス供給孔から前記吹錬用酸素ガスとは独立して流量制御の可能な制御用ガスが供給されることにより、前記吹錬用酸素ガス噴射ノズルから噴射される噴流の方向及び／または流速を制御することが可能な吹錬用上吹きランス。
（ロ）下端部に吹錬用酸素ガスを噴射する吹錬用酸素ガス噴射ノズルが１個以上設けられ、且つ、外周部に前記吹錬用酸素ガスとは独立して流量制御の可能な地金溶解用酸素含有ガス及び／またはパージガスを供給する地金溶解用ガス噴射ノズルが設けられている吹錬・地金溶解用上吹きランス。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、吹錬用上吹きランスの吹錬用酸素ガス噴射ノズルから噴射される酸素ガス噴流の方向を制御することができるので、転炉炉口及び転炉内壁への地金の付着を軽減することができるとともに、地金の付着位置を、吹錬・地金溶解用上吹きランスでの溶解しやすい位置に調整することができる。従って、吹錬用上吹きランスによる操業を長期間に亘って続けることができるとともに、或る程度付着地金が成長してきたならば、吹錬・地金溶解用上吹きランスに切り替えることで、付着地金を効率的に除去することができ、安定した転炉操業並びに転炉生産性の向上が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明を実施するために用いる転炉設備の１例の概略図である。
【００１８】
図１において、外殻を鉄皮３とし、その内側を耐火物４とする転炉本体２に対して、吹錬用上吹きランス８及び吹錬・地金溶解用上吹きランス９の２種類の上吹きランスが、それぞれ炉口５を介して転炉本体２の内部に挿入可能に構成されている。吹錬用上吹きランス８は、その下端部から吹錬用酸素ガスを供給するための上吹きランスであり、一方、吹錬・地金溶解用上吹きランス９は、その下端部から吹錬用酸素ガスを供給するとともに、その外周部から、地金溶解用の酸素含有ガス或いは窒素ガスなどのパージガスを供給するための上吹きランスである。酸素含有ガスには酸素ガスが含まれる。
【００１９】
また、転炉本体２には、側壁上部に出湯口６が設けられ、底部に複数の底吹き羽口７が設置されている。出湯口６は、酸素吹錬により得られた溶鋼や脱燐処理された溶銑を出湯するための排出孔であり、底吹き羽口７は、溶銑１３にＡｒガス、窒素ガスなどの攪拌用ガスを吹き込むための装置である。このようにして転炉設備１が構成されている。尚、転炉操業において、上吹きランスは厳しい熱負荷を受けるため、一般的に、補修、取替えの頻度は比較的高い。このために、現在稼動しているほとんどの転炉設備では、転炉本体一基に対して上吹きランス及びその昇降装置が二式並列で設置され、上吹きランスの交換を迅速に行えるような設備構成となっている。この観点から見ると、本発明で使用する転炉設備１の基本的な構成は特別な設備とはいえず、従って、本発明を実施する上で特別の設備改造は必要としない。
【００２０】
ここで先ず、本発明で使用する吹錬・地金溶解用上吹きランス９を、図面に基づき詳細に説明する。図２は、図１に示す吹錬・地金溶解用上吹きランス９の拡大図である。
【００２１】
図２に示すように、吹錬・地金溶解用上吹きランス９は、円筒状のランス本体９ａと、このランス本体９ａの下端に溶接などにより接続されたランスチップ９ｂとで構成されており、ランス本体９ａは、途中まで、外管２４、仕切管２３、内管２２、最内管２１からなる同心円状の４種の鋼管、即ち四重管で構成され、先端部は、外管２４、仕切管２３、内管２２からなる同心円状の３種の鋼管、即ち三重管で構成されており、先端部の銅製のランスチップ９ｂには、鉛直斜め下向き方向を向いた複数個の吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０が設置されている。それぞれの吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０の中心線は、鉛直方向に対して傾斜しており、この鉛直方向に対する角度を傾斜角度と呼んでいる。また、吹錬・地金溶解用上吹きランス９の先端から所定の間隔を隔てた上方の、ランス本体９ａの外周部には、斜め下向き方向に向いた地金溶解用ガス噴射ノズル１１が設けられている。この地金溶解用ガス噴射ノズル１１からは、地金溶解用酸素含有ガス或いはパージガスが噴射される。
【００２２】
外管２４と仕切管２３との間隙、及び、仕切管２３と内管２２との間隙は、吹錬・地金溶解用上吹きランス９を冷却するための冷却水の流路となっており、吹錬・地金溶解用上吹きランス９の上部に設けられた給水継手（図示せず）から供給された冷却水は、仕切管２３と内管２２との間隙を通ってランスチップ９ｂの部位まで至り、ランスチップ９ｂの部位で反転して外管２４と仕切管２３との間隙を通って吹錬・地金溶解用上吹きランス９の上部に設けられた排水継手（図示せず）から排出される。この場合に給排水の径路を逆としてもよい。
【００２３】
内管２２と最内管２１との間隙は、地金溶解用ガス噴射ノズル１１への酸素含有ガス及び／またはパージガスの供給流路となっており、吹錬・地金溶解用上吹きランス９の上端部から内管２２と最内管２１との間隙に供給された酸素含有ガス及び／またはパージガスは、内管２２と最内管２１との間隙を通り、地金溶解用ガス噴射ノズル１１から転炉本体内に噴出される。内管２２と最内管２１とは、最下段の地金溶解用ガス噴射ノズル１１の設置位置の直下で連結され、最内管２１はその位置で途絶えている。尚、ここでは、最内管２１が地金溶解用ガス噴射ノズル１１の直下で途絶えている例を示したが、下端が閉止されていればその位置は更に下方でもよく、設備配置上で構成が容易な構造にすればよい。また、パージガスは地金溶解操作をしない時に地金溶解用ガス噴射ノズル１１が目詰まりしないように保持するためのガスであり、パージガスとしては、窒素ガス、Ａｒガスなどを使用することができる。
【００２４】
また、最内管２１の内部は、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０への酸素ガスの供給流路となっており、吹錬・地金溶解用上吹きランス９の上端部から最内管２１の内部に供給された酸素ガスは、最内管２１の内部を通り、先端部では内管２２の内部を通り、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０から転炉本体内に噴出される。このように、地金溶解用酸素含有ガスの供給経路を、吹錬用酸素ガスの供給経路から独立させて制御できるようにしてある。
【００２５】
この吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０の拡大図を図３に示す。図３に示すように、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０は、その断面が縮小する部分と拡大する部分の２つの円錐体で構成された所謂ラバールノズル形式のノズルであり、縮小部分は絞り部２５、拡大部分は末広がり部２７、絞り部２５から末広がり部２７に遷移する部位である、最も狭くなった部位はスロート２６と呼ばれている。ランス本体９ａの内部を通ってきた酸素ガスは、絞り部２５、スロート２６、末広がり部２７を順に通って、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０の先端から噴射される。噴射されたガスは、その流量により亜音速から超音速のジェットとなる。図３中のｄｔはスロート径、ｄｅは出口径であり、末広がり部２７の広がり角度θoは通常１０度以下である。
【００２６】
尚、図３に示すラバールノズル形状の吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０では、絞り部２５及び末広がり部２７が円錐体であるが、ラバールノズルとしては絞り部２５及び末広がり部２７は円錐体である必要はなく、内径が曲線的に変化する曲面で構成してもよく、また、絞り部２５はスロート２６と同一の内径であるストレート状の円筒形としてもよい。絞り部２５及び末広がり部２７を、内径が曲線的に変化する曲面で構成する場合には、ラバールノズルとして理想的な流速分布が得られるが、ノズルの加工が極めて困難であり、一方、絞り部２５をストレート状の円筒形とした場合には、理想的な流速分布とは若干乖離するが、転炉吹錬での使用には全く問題とならず、且つ、ノズルの加工が極めて容易となる。本発明ではこれら全ての末広がりのノズルをラバールノズルと称する。
【００２７】
また、地金溶解用ガス噴射ノズル１１は、図１に示すように、ランス先端からの距離を３段階に分けて設置（３段構成）しているが、任意の段数を採ることができ、１段であろうと複数段であろうと、各々の転炉本体２の形状に沿った設計を行っていれば、本発明の効果を充分に発揮することができる。また更に、図２に示す地金溶解用ガス噴射ノズル１１はストレート型ノズルであるが、使用条件に応じてラバールノズル形状としても構わない。また更に、使用条件によっては、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０を鉛直下向き方向としても構わず、地金溶解用ガス噴射ノズル１１を水平方向或いは上向としても構わない。
【００２８】
次ぎに、本発明で使用する吹錬用上吹きランス８を、図面に基づき詳細に説明する。図４は、図１に示す吹錬用上吹きランス８の拡大図である。尚、吹錬用上吹きランス８は、吹錬・地金溶解用上吹きランス９と類似しており、重複することもあるが説明する。
【００２９】
図４に示すように、吹錬用上吹きランス８は、円筒状のランス本体８ａと、このランス本体８ａの下端に溶接などにより接続されたランスチップ８ｂとで構成されており、ランス本体８ａは、外管２０、仕切管１９、内管１８、最内管１７からなる同心円状の４種の鋼管、即ち四重管で構成され、先端部の銅製のランスチップ８ｂには、鉛直斜め下向き方向を向いた複数個の吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０が設置されている。この吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０は、前述した図３に示すラバール形状のノズルであり、それぞれの吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０の中心線は、鉛直方向に対して傾斜している。また、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０のうちの少なくとも１つの吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０には、その末広がり部２７の壁面に少なくとも１個の制御用ガス供給孔１２が設けられている。制御用ガス供給孔１２からは、当該吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０から噴射される噴流の方向及び／または流速を制御するための制御用ガスが噴射される。この制御用ガスとしては、窒素ガスであろうと、空気であろうと、またＡｒガスであろうと、どのような種類のガスであっても使用可能であるが、制御用ガスは、最終的には吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０で吹錬用酸素ガスと混合されて噴射されることから、酸素ガスを使用すれば精錬にも利用できるので望ましい。以下、制御用ガスとして酸素ガスを使用した例を説明する。
【００３０】
外管２０と仕切管１９との間隙、及び、仕切管１９と内管１８との間隙は、吹錬用上吹きランス８を冷却するための冷却水の流路となっており、吹錬用上吹きランス８の上部に設けられた給水継手（図示せず）から供給された冷却水は、仕切管１９と内管１８との間隙を通ってランスチップ８ｂの部位まで至り、ランスチップ８ｂの部位で反転して外管２０と仕切管１９との間隙を通って吹錬用上吹きランス８の上部に設けられた排水継手（図示せず）から排出される。この場合に給排水の径路を逆としてもよい。
【００３１】
内管１８と最内管１７との間隙は、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０への酸素ガスの供給流路となっており、吹錬用上吹きランス８の上端部から内管１８と最内管１７との間隙に供給された酸素ガスは、内管１８と最内管１７との間隙を通り、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０から転炉本体内に噴出される。噴射されたガスは、その流量により亜音速から超音速のジェットとなる。
【００３２】
また、最内管１７の内部は、制御用ガス供給孔１２への制御用ガス（ここでは酸素ガス）の供給流路となっており、吹錬用上吹きランス８の上端部から最内管１７の内部に供給された制御用ガスとしての酸素ガス（以下、「制御用酸素ガス」と記す）は、最内管１７の内部を通り、制御用ガス供給孔１２から噴射される。このように、制御用酸素ガスの供給経路を、吹錬用酸素ガスの供給経路から独立させて制御できるようにしてある。
【００３３】
制御用ガス供給孔１２は、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０から噴射される噴流の方向及び／または流速を制御するための装置であり、図４に示すように、制御用ガス供給孔１２からの噴射方向が、吹錬用上吹きランス８の中心から外面側に向いている場合には、吹錬用酸素ガスの流量に対する制御用酸素ガスの流量を増加させると、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０から噴射される噴流は、より一層、吹錬用上吹きランス８の外周側へ偏向し、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０の傾斜角度を増加させた場合（水平方向に近くする）と同じ効果を発現する。逆に、吹錬用酸素ガスの流量に対する制御用酸素ガスの流量を減少させると、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０から噴射される噴流は偏向しにくくなり、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０の傾斜角度を減少させた場合（鉛直下向きに近くする）と同じ効果を発現する。ここで、図４に示す吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０は、斜め下向き方向を向いており、このように斜め下向き方向を向くものが一般的であるが、鉛直下向き方向としても構わない。
【００３４】
更に、本発明で使用する吹錬用上吹きランス８の別の形態例について、図面に基づき説明する。図５は、本発明で使用する吹錬用上吹きランスの、図４とは別の形態例の拡大図である。ここでは、上記で説明した吹錬用上吹きランス８と区別するために、別の形態例の吹錬用上吹きランスを、「吹錬用上吹きランス８Ａ」と表示している。
【００３５】
図５に示すように、吹錬用上吹きランス８Ａは、円筒状のランス本体８ｃと、このランス本体８ｃの下端に溶接などにより接続されたランスチップ８ｄとで構成されており、ランス本体８ｃは、外管２０、仕切管１９ａ、仕切管１９ｂ、内管１８からなる同心円状の４種の鋼管、即ち四重管で構成され、先端部の銅製のランスチップ８ｄには、鉛直斜め下向き方向を向いた複数個の吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０が設置されている。この吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０は、前述した図３に示すラバール形状のノズルであり、それぞれの吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０の中心線は、鉛直方向に対して傾斜している。
【００３６】
また、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０のうちの少なくとも１つの吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０には、その末広がり部２７の壁面に、少なくとも１個の制御用ガス供給孔１２が設けられている。制御用ガス供給孔１２からは、当該吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０から噴射される噴流の方向及び／または流速を制御するための制御用ガスが噴射される。この制御用ガスの種類としては、図４の場合と同様に、窒素ガスであろうと、空気であろうと、またＡｒガスであろうと、どのような種類のガスであっても使用可能であるが、制御用ガスは、最終的には吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０で吹錬用酸素ガスと混合され、噴射されることから、酸素ガスを使用すれば精錬にも利用できるので望ましい。以下、制御用ガスとして酸素ガスを使用した例を説明する。
【００３７】
外管２０と仕切管１９ａとの間隙、及び、仕切管１９ｂと内管１８との間隙は、吹錬用上吹きランス８Ａを冷却するための冷却水の流路となっており、吹錬用上吹きランス８Ａの上部に設けられた給水継手（図示せず）から供給された冷却水は、仕切管１９ｂと内管１８との間隙を通ってランスチップ８ｄの部位まで至り、ランスチップ８ｄの部位で反転して外管２０と仕切管１９ａとの間隙を通って吹錬用上吹きランス８Ａの上部に設けられた排水継手（図示せず）から排出される。この場合に給排水の径路を逆としてもよい。
【００３８】
内管１８の内部は、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０への酸素ガスの供給流路となっており、吹錬用上吹きランス８Ａの上端部から内管１８の内部に供給された酸素ガスは、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０から転炉本体内に噴射される。また、仕切管１９ａと仕切管１９ｂの間隙は、制御用ガス供給孔１２への制御用酸素ガスの供給流路となっており、吹錬用上吹きランス８Ａの上端部から仕切管１９ａと仕切管１９ｂの間隙に供給された制御用酸素ガスは、制御用ガス供給孔１２から噴射される。このように、制御用酸素ガスの供給経路を、吹錬用酸素ガスの供給経路から独立させて制御できるようにしてある。
【００３９】
制御用ガス供給孔１２は、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０から噴射される噴流の方向及び／または流速を制御するための装置であり、図５に示すように、制御用ガス供給孔１２からの噴射方向が、吹錬用上吹きランス８Ａの外面側から中心に向いている場合には、吹錬用酸素ガスの流量に対する制御用酸素ガスの流量を増加させると、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０から噴射される噴流は、より一層、吹錬用上吹きランス８Ａの中心軸側へ偏向し、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０の傾斜角度を減少させた場合（鉛直下向きに近くする）と同じ効果を発現する。逆に、吹錬用酸素ガスの流量に対する制御用酸素ガスの流量を減少させると、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０から噴射される噴流は偏向しにくくなり、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０の傾斜角度を増加させた場合（水平方向に近くする）と同じ効果を発現する。ここで、図５に示す吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０は、斜め下向き方向を向いており、このように斜め下向き方向を向くものが一般的であるが、鉛直下向き方向としても構わない。
【００４０】
尚、上記２種類の吹錬用上吹きランス８，８Ａ及び吹錬・地金溶解用上吹きランス９にガスを供給するバルブスタンドなどの設備は、双方の上吹きランスに共通の仕様となっている。即ち、バルブスタンドには、高流量系のラインと低流量系のラインとの２種類のラインを設けておき、吹錬用上吹きランス８，８Ａへの吹錬用酸素ガス及び吹錬・地金溶解用上吹きランス９への吹錬用酸素ガスは、高流量系のラインから供給され、吹錬用上吹きランス８，８Ａへの制御用酸素ガス及び吹錬・地金溶解用上吹きランス９への地金溶解用酸素含有ガスは、低流量系のラインから供給される。
【００４１】
上記２種類の吹錬用上吹きランス８，８Ａ、及び、吹錬・地金溶解用上吹きランス９を用いた操業の形態について、以下にその概要を説明する。
【００４２】
転炉本体２の炉修後の立ち上げ時には、炉内及び炉口５に付着地金は存在しないので、吹錬用上吹きランス８または吹錬用上吹きランス８Ａを使用して、地金溶解操作を意図しない吹錬を１チャージ以上実施する。この際、制御用酸素ガスの流量は、予め定めた基準条件で吹錬を行う。この吹錬中に発生するスピッティング、スロッピングによって飛散した溶銑１３及びスラグ１４の一部は、転炉本体２の炉口５や炉内側壁に地金として付着する。
【００４３】
当該チャージの吹錬終了後、吹錬操作者は、転炉本体２の炉口５及び炉内側壁部に付着している地金の状況を目視観察する。図１では、炉口５に付着した地金（以下、「炉口付着地金」と記す）を符号１５で表示し、炉内側壁部に付着した地金（以下、「側壁付着地金」と記す）を符号１６で表示している。一方で、地金付着状況と、それに対する使用すべき上吹きランス種類の選定基準を予め定めておく。この選定基準は、付着地金の量的推定や付着形状などに基づくものとする。
【００４４】
上記基準に沿って、「地金溶解操作を要する」とされた場合には、吹錬・地金溶解用上吹きランス９に切り替え、次のチャージ以降少なくとも１チャージは吹錬・地金溶解用上吹きランス９を用いて吹錬する。吹錬終了後、吹錬操作者は、転炉本体２に付着していた炉口付着地金１５及び側壁付着地金１６の溶解状況を目視観察し、上記選定基準に基づき、吹錬・地金溶解用上吹きランス９による吹錬を次チャージ以降も継続するか、吹錬用上吹きランス８または吹錬用上吹きランス８Ａに切り替えるかを決定する。
【００４５】
このようにして、吹錬用上吹きランス８，８Ａと吹錬・地金溶解用上吹きランス９とを適宜切り替えて使用することにより、常に炉口５及び炉内側壁の付着地金を適正な範囲内に制御して操業を行うことができる。
【００４６】
この間、吹錬用上吹きランス８または吹錬用上吹きランス８Ａを使用した際の地金付着傾向（付着しやすい位置、量）、及び、吹錬・地金溶解用上吹きランス９を使用した際の地金溶解傾向（溶解しやすい位置、量）を把握しながら、地金の付着位置を制御するために、吹錬用上吹きランス８または吹錬用上吹きランス８Ａを使用した際の制御用酸素ガスの流量を調整することができる。また、１チャージの吹錬内においても制御用酸素ガスの流量を変化・調整することも可能である。
【００４７】
図４に示した吹錬用上吹きランス８の場合には、一般的には、吹錬用酸素ガスの流量に対して制御用酸素ガスの流量を少なくすると、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０の傾斜角度を小さくした場合（鉛直下向きに近くする）と同じ効果が得られ、地金の付着・成長しやすい位置は、炉口５の近傍となりやすく、吹錬用酸素ガスの流量に対して制御用酸素ガスの流量を多くすると、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０の傾斜角度を大きくした場合（水平方向に近くする）と同じ効果が得られ、地金の付着・成長しやすい位置は、炉内下方の炉腹に近い位置へと変化する。一方、図５に示した吹錬用上吹きランス８Ａの場合には、吹錬用酸素ガスの流量に対して制御用酸素ガスの流量を少なくすると、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０の傾斜角度を大きくした場合と同じ効果が得られ、地金の付着・成長しやすい位置は、炉内下方の炉腹に近い位置となりやすく、吹錬用酸素ガスの流量に対して制御用酸素ガスの流量を多くすると、吹錬用酸素ガス噴射ノズル１０の傾斜角度を小さくした場合と同じ効果が得られ、地金の付着・成長しやすい位置は、炉口５の近傍へと変化する。
【００４８】
以上説明したように、本発明によれば、吹錬用上吹きランスに設けられた吹錬用酸素ガス噴射ノズルから噴射される酸素ガス噴流の方向を制御することができるので、転炉炉口及び転炉内壁への地金の付着を軽減することができるとともに、地金の付着位置を、吹錬・地金溶解用上吹きランスでの溶解しやすい位置に調整することができる。従って、吹錬用上吹きランスによる操業を長期間に亘って続けることができるとともに、或る程度付着地金が成長してきたならば、吹錬・地金溶解用上吹きランスに切り替えることで、付着地金を効率的に除去することができ、安定した転炉操業並びに転炉生産性の向上が可能になる。
【００４９】
ここで、地金溶解用ガス噴射ノズルから噴射する地金溶解用ガスは、一般に酸素ガスであるが、酸素含有ガスであればよく、不活性ガスを混入させることも可能である。尚、吹錬用酸素ガスには、通常工業用純酸素ガスを使用する。
【実施例１】
【００５０】
本発明を実施例により更に詳細に説明する。試験方法は、３００トン転炉に溶銑３１０トン及びスクラップ１０トン、並びに造滓剤を所定量装入し、図２に示す吹錬・地金溶解用上吹きランス及び図４に示す吹錬用上吹きランスの２種類の上吹きランスを用いて脱炭精錬した。吹錬・地金溶解用上吹きランスは、地金溶解用ガス噴射ノズルが、ランスの下端から２ｍの高さ位置と、ここから上方に１ｍ間隔で２ヶ所の計３段に設けられたものであり、地金溶解用ガス噴射ノズルは各段ともにランス外周の円周上に６孔づつ配置した。また、地金溶解用ガス噴射ノズルには、酸素ガスの他に、パージガスとして窒素ガス及びＡｒガスが供給されるように構成されている。用いた転炉設備は図１に示したものに準ずる。
【００５１】
吹錬用上吹きランスからの酸素ガス流量は４５０００〜６００００Nm3/hrであり、このうちの約５％を制御用酸素ガスとして制御用ガス供給孔から供給した。一方、吹錬・地金溶解用上吹きランスについては、吹錬用酸素ガス噴射ノズルからの酸素ガス流量は４５０００〜６００００Nm3/hr、地金溶解用ガス噴射ノズルからの酸素ガス流量は０〜３０００Nm3/hrの範囲内で調整した。地金溶解用ガス噴射ノズルからの酸素ガス流量が０Nm3/hrの場合にはパージガスを供給した。
【００５２】
吹錬用上吹きランスを２８チャージ連続使用したところで、炉口及び炉内側壁の付着地金が成長し、予め設定していた基準に達したので、２９チャージ目から吹錬・地金溶解用上吹きランスに切り替え、吹錬・地金溶解用上吹きランスを用いて３１チャージ目まで連続３チャージの吹錬を実施した。この間、付着地金は徐々に減少し、もはや溶解の必要のないレベルまで達した。また、炉内を点検したところ、炉内耐火物の損傷は見られなかった。
【００５３】
それ以降、吹錬用上吹きランスを用いて２５〜３０チャージを連続して吹錬し、その後、吹錬・地金溶解用上吹きランスに切り替えて２〜５チャージを連続して吹錬するサイクルで操業した。その結果、付着地金が過度に成長したり、炉内耐火物を損傷したりすることなく、順調に操業することができた。
【００５４】
このように、本発明を適用することにより、転炉の生産性を阻害することなく、炉口及び炉内側壁耐火物の損傷を抑制しつつ、地金の付着を効率的に抑制できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明を実施するために用いる転炉設備の１例の概略図である。
【図２】図１に示す吹錬・地金溶解用上吹きランスの拡大図である。
【図３】図２に示す吹錬用酸素ガス噴射ノズルの拡大図である。
【図４】図１に示す吹錬用上吹きランスの拡大図である。
【図５】図１に示す吹錬用上吹きランスの別の形態例の拡大図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  転炉設備
２  転炉本体
３  鉄皮
４  耐火物
５  炉口
６  出湯口
７  底吹き羽口
８  吹錬用上吹きランス
８Ａ  吹錬用上吹きランス
９  吹錬・地金溶解用上吹きランス
１０  吹錬用酸素ガス噴射ノズル
１１  地金溶解用ガス噴射ノズル
１２  制御用ガス供給孔
１３  溶銑
１４  スラグ
１５  炉口付着地金
１６  側壁付着地金
１７  最内管
１８  内管
１９  仕切管
２０  外管
２１  最内管
２２  内管
２３  仕切管
２４  外管
２５  絞り部
２６  スロート
２７  末広がり部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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